Problém s vztlakem zahrnující pingpongový míček, železný míček, pár provázků, trochu vody a sadu vah způsobuje na Redditu, kde to bylo zveřejněno, několik hádek.
„Kde by váha mohla naklonit? Vlevo je ocelový míček, vpravo pingpongový míček,“ napsal uživatel Redditu Veiy a položil tuto záhadu. „Myslím, že váha by se zvedla doprava, protože [vztlak] pingpongového míčku ho táhne vzhůru, zatímco váha vody je stejná, protože obě míčky vytlačují stejnou hodnotu.“
Takže, kterým směrem se váha naklání? Nejprve musíme vědět něco o vztlaku.
Vztlak je vzhůru působící síla v kapalině (jakákoli proudící látka, včetně vzduchu), která působí na všechna tělesa uvnitř ní. Síla vzniká z toho, že tlak uvnitř kapaliny je vyšší, čím hlouběji v kapalině jdete. Tlak na spodní straně objektu uvnitř kapaliny je vyšší než na jeho vrcholu, což způsobuje vzestupnou sílu. Archimédův princip říká, že těleso ponořené nebo částečně ponořené v kapalině působí vztlakovou silou v velikosti rovné hmotnosti kapaliny, kterou vytlačuje.
Pokud je vztlaková síla kapaliny větší než síla směřující dolů (její hmotnost krát síla gravitačního pole) objektu umístěného v ní, objekt bude plavat. Ale objekty, které jsou hustší než voda (na povrchu), se potápějí, dokud se síly nevyrovná.
Teď se pojďme podívat blíže na nastavení. Jak železné, tak pingpongové míčky jsou stejně velké, což znamená, že vytlačují stejné množství vody a jsou tlačeny vzhůru stejnou vztlakovou silou, která odpovídá váze vody, kterou vytlačily.
„U visící koule se baň skutečně o tuto hodnotu ztěžuje, protože vztlaková síla nyní nese část váhy, kterou dříve neslo toto napětí v provázku. Ale nyní je to snížené, takže baňka má ve skutečnosti větší hmotnost,“ vysvětluje vědecký komunikátor a fyzik Derek Muller ve videu na toto téma pro svůj YouTube kanál Veritasium.
„Ale u pingpongového míčku je síla směřující dolů na vodu téměř zcela vyvážena vzestupnou silou napětí v té šňůře na dně nádoby. A proto hmotnost této kádinky roste pouze o hmotnost samotného pingpongového míčku, zatímco u závěsného míčku váha roste s váhou vody, kterou vytlačuje.“
Výsledek, jak vidíte sami, je, že pohár s pingpongovým míčkem jde nahoru, zatímco druhý pohár klesá. Pokud vám vysvětlení napětí strun připadá zvláštní, podívejte se, co se stane, když sundáte strunu a místo toho postaru zatlačíte pingpongový míček do vody pomocí prstů.
V tomto případě obě míčky zažívají stejnou vztlakovou sílu směrem vzhůru, protože vytlačují stejné množství vody. Stejné a opačné síly působící dolů na vodu, bez toho, aby provázek působil na pingpongový míček, znamenají, že oba poháry jsou těžší o stejnou hodnotu. Výsledkem je, že váhy se dokonale vyvažují.
Zdroj: IFLScience, Titulní obrázek: Pixabay.com / AiArtista
